Определение скорости и направления ветра в атмосфере

Цель занятия: Определить скорость ветра (f) и направление ветра (d) в атмосфере по координатам радиозонда.

Принадлежности: П.К., книжка КАЭ-3 с координатами радиозонда.

 

Порядок выполнения и методические рекомендации

При ТВЗ атмосферы радиозондовую оболочку наполняют газом легче воздуха (водородом или гелием) и выпускают в свободный полет. Радиозонд под действием свободной подъемной силы поднимается вверх на высоту Н, а под действием ветра смещается в горизонтальном направлении на расстояние L – горизонтальное удаление. С помощью РЛС сопровождают радиозонд и определяют его координаты в последовательные моменты времени (рис. 27): Е - вертикальный угол (угол места), α - азимут (горизонтальный угол) и D – наклонную дальность. Угловые координаты радиозонда определяют в делениях угломера (д.у.). 1д.у.=6^о.

Вертикальный угол (угол места) Е – это угол между направлением на радиозонд и направлением на его проекцию на поверхности земли. Вертикальный угол может изменяться в диапазоне 0÷90^о (0÷15д.у.).

Азимут (горизонтальный угол) α – это угол между направлением на северный географический полюс Земли (СГП) и направлением на проекцию радиозонда, отсчитывается по часовой стрелке от направления на СГП. Азимут может изменяться в диапазоне 0÷360^о (0÷60д.у.).

Наклонная дальность D – это расстояние от РЛС до радиозонда, максимальная дальность сопровождения радиозонда 300 километров.

По координатам радиозонда определяют скорость и направление ветра в атмосфере.

Точка О – место установки РЛС. Точка А – местоположение радиозонда в атмосфере в момент времени τ. Точка В – проекция радиозонда на поверхность земли. Отрезок АВ=Н – высота радиозонда, на которую он поднимается под действием подъемной силы. Отрезок ОВ=L – горизонтальное удаление радиозонда, на которое он смещается под действием ветра за данный промежуток времени τ. Вектор ЮГП – СГП – географический меридиан, соединяющий северный и южный географические полюсы Земли и проходящий через место установки РЛС. Угол АОВ=Е – вертикальный угол. Угол (СГП)ОВ=α – азимут. ОА=D – наклонная дальность.

Скорость и направление ветра определяют следующим образом:

· Т.к. радиозонд под действием ветра смещается на горизонтальное удаление (L) за определенный промежуток времени (τ), то скорость ветра определяют по формуле:

  (м/с)   (39).

· Горизонтальное удаление L определяют из прямоугольного треугольника АОВ, умножая наклонную дальность (D) на косинус вертикального угла (Е):

L = D × cos (Е)    (40).

· Если радиозонд под действием ветра перемещается строго на восток, то его азимут равен 90^о, а ветер дует с запада, т.е. направление ветра d = 270^о. Если радиозонд под действием ветра перемещается строго на юг, то его азимут равен 180^о, а ветер дует с севера, т.е. направление ветра d = 0^о (360^о). Т.о., направление ветра (d) определяется по азимуту (α)

d = α ± 180°   (41).

Определение f и d ветра.

1.1. В книжку КАЭ-3 записать исходные данные и координаты радиозонда, которые взять у преподавателя или в таблице 12. В главном окне программы «Аэрология» (рис. 2) выбрать пункт меню «Расчет скорости и направления ветра». При этом откроется рабочее окно (рис. 28).

Рисунок 28. Расчет скорости и направления ветра.

2.1. Ввести следующие параметры в начальные данные:

· время 0 минут (момент выпуска радиозонда);

· азимут (д.у.) для времени 0 минут, т.е. азимут места выпуска радиозонда;

· угол места (д.у.) для времени 0 минут, т.е. начальный угол места;

· наклонную дальность (метры) для времени 0 минут.

2.2. Ввести следующие параметры в срок наблюдения:

· время 0.5 минут;

· азимут (д.у.) для времени 0,5 минуты;

· угол места (д.у.) для времени 0,5 минуты;

· наклонную дальность (метры) для времени 0,5 минуты.

При этом будет определяться скорость и направление ветра в слое от 0 минут до 0,5 минуты. Параметры ветра определять с точностью до целых единиц м/сек. и целых единиц градусов, выбрав соответствующую опцию («округлить до целых»). Скорость и направление ветра записать в книжку КАЭ-3 на время 0,5 минуты.

2.3. Нажать кнопку «Продолжить». При этом данные для времени 0,5 минуты будут перенесены в начальные данные, а в данные в срок наблюдения необходимо ввести координаты для следующего момента времени, т.е. для 1 минуты, и т. д. Пример расчета скорости и направления ветра приведен на рисунке 27.

2. Расчет скорости и направления ветра по программе «Расчет высоты подъема радиозонда (скорости и направления ветра)».

2.1. Эту программу целесообразно использовать во время учебной практики. В книжку КАЭ-3 записать исходные данные и координаты радиозонда, которые взять у преподавателя или в таблице 12. В главном окне программы «Аэрология» (рис. 2) выбрать пункт меню «Расчет высоты подъема радиозонда над уровнем моря (скорости и направления ветра)». При этом откроется рабочее окно задачи (рис. 29).

2.2. Ввести следующие исходные данные:

· Высоту станции над уровнем моря в метрах.

· Высоту антенны, если она больше или равна 10 метрам.

· Не включать пункт «Не рассчитывать скорость и направление ветра».

· Включить точность определения параметров до целых единиц.

2.3. Ввести время и координаты радиозонда:

· Время ввести в минутах. (До трех минут – через 0,5минуты; с 3до 10минут - через 1 минуту, далее - через 2 минуты).

· Угол места ввести в делениях угломера (д.у.). Большие д.у. отделяются от малых д.у. запятой.

· Азимут ввести в делениях угломера (д.у.). Большие д.у. отделяются от малых д.у. запятой.

·  Наклонную дальность ввести в метрах.

 

Рисунок 29. Расчет высоты подъема радиозонда над уровнем моря (скорости и направления ветра)

Для перехода к вводу очередного параметра необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши на соответствующем поле. После ввода последнего параметра для данного отсчета времени в окне появятся результаты расчета высоты радиозонда над поверхностью земли (Н_п.з.) и над уровнем моря (Н_у.м.), скорости и направления ветра, а также дополнительная строка, соответствующая следующему отсчету времени. Значения скорости и направления ветра записать в книжку КАЭ-3.

Контрольные вопросы:

1. Какие силы действуют на радиозонд, выпущенный в свободный полет?

2. Определите направление ветра, если азимут равен 320°?

3. Дайте определение наклонной дальности.

4. По какой формуле определяется наклонная дальность?

5. Переведите 270 градусов в деления угломера.

 

Отчетный материал: Книжка КАЭ-3 со значениями скорости и направления ветра. Ответы на контрольные вопросы. Вывод по работе

Практическое занятие №28